第二章-FANUC数控系统资料

数控机床维修高级应用人才培养丛书现代数控机床故障诊断与维修2020/3/281第二章FANUC数控系统故障诊断与维修天津工程师范学院数控机床维修高级应用人才培养丛书现代数控机床故障诊断与维修•教学提示：本章主要以FANUC数控系统为讲述对象，介绍了FANUC数控系统的发展、类型及结构特征，并以FANUC0imate系列数控系统为例介绍了数控系统具体的结构；着重讲述了FANUC0i系统参数配置；PMC编程技术及FANUC数控系统的参数备份与恢复。•教学要求：了解FANUC数控系统结构特征；理解数控系统常用参数意义；理解FANUC数控系统PMC编程的基本知识；掌握FANUC数控系统参数设置方法及步骤，FANUC数控系统PMC常用指令及编程技巧，FANUC数控系统参数备份与恢复的参数配置及基本操作。在学习完本章后能对FANUC数控系统有一个整体的认识和有重点地掌握。2020/3/282数控机床维修高级应用人才培养丛书现代数控机床故障诊断与维修2020/3/283第二章FANUC数控系统故障诊断与维修•2.1概述•2.2FANUC数控系统结构•2.4FANUC数控系统参数配置•2.3FANUCPMC技术•2.5FANUC数控系统故障诊断与维修•2.6FANUC数控系统数据备份与恢复2020/3/284一、FANUC系统的发展日本FANUC公司创建于1956年，是从事数控产品生产最早，产品市场占有率最大，最有影响的数控产品开发、制造厂家之一。1959年首先推出了电液步进电机。1976年FANUC公司研制成功数控系统5，数控系统7。1979年研制出数控系统6。1980年研制出系统3和系统9。1984年推出数控10系统、11系统和12系统。1985年FANUC公司又推出了数控系统0。1987年FANUC公司又成功研制出数控系统152000年推出BEIJING-FANUC0i系列。2.1概述二、FANUC系统主要系列•1．高可靠性的PowerMate0系列。•2．普及型CNC0—D系列。•3．全功能型的0—C系列。•4．高性能／价格比的0i系列。•5．具有网络功能的超小型、超薄型CNC16i/18i／21i系列。•除此之外，还有实现机床个性化的CNC16／18/160／180系列。2020/3/2852.2FANUC数控系统结构FANUC系统的典型构成如下：•1．数控主板：用于核心控制、运算、存储、伺服控制等。新主板集成了PLC功能。•2．PLC板：用于外围动作控制。新系统的PLC板已经和数控主板集成到一起。•3．I/O板：新型的I/O板主要集成了显示接口、键盘接口、手轮接口、操作面板接口及RS232接口等。•4．MMC板：人机接口板。这是个人电脑化的板卡，不是必须匹配的。本身带有CRT、标准键盘、软驱、鼠标、存储卡及串行、并行接口。•5．CRT接口板：用于显示器接口。新系统中，CRT接口被集成到I/O板上。2020/3/2862020/3/287•本章将以FANUC0iMateC为例来介绍FANUC数控系统的组成。•2004年4月在中国大陆市场上推出的FANUC的0i-C/0iMate-CCNC系统（系统配置见图2-1）是高可靠性、高性价比、高集成度的小型化系统。该系统是基于16i/18i-B的技术设计的，代表了目前常用CNC的最高水平。•使用了高速串行伺服总线FSSB（用光缆连接）和串行I/O数据口，有以太网口。用该系统的机床可以单机运行，也可以方便地入网用于柔性加工生产线。和0i-B一样，有提高精度的先行控制功能（G05和G08），因此，非常适合于模具加工机床使用。系统总体连接如图2-2所示。•FANUC0iMateC系统结构与FANUC0iC系统基本相同，只是取消了扩展小槽功能板，如远程缓冲器串行通信板DNC1/DNC2、数据服务器板、以太网功能板等。具体结构见图2-3。2020/3/288图2-3FANUC0iMateC主板接口布置图2020/3/289CP1：系统直流24V输入电源接口，一般与机床侧的24V稳压电源连接。JA41：串行主轴/主轴位置编码器信号接口。当主轴为串行主轴时，与主轴放大器的JA7B连接，实现主轴模块与CNC系统的信息传递；当主轴为模拟量时，该接口又是主轴位置编码器的主轴位置反馈信号接口。JD44A：外接的I/O卡或I/O模块接口信号（I/OLink）JA40：模拟量主轴的速度信号接口，CNC系统输出的速度信号（0-10V）与变频器的模拟量频率设定端相连接。JD36B：RS-232-C串行通信总线（2通道）。JD36A：RS-232-C串行通信总线（1通道）。2020/3/2810CA69：伺服检测板接口。CA55：系统MDI软键信号接口。CN2：系统操作软键信号接口。COP10A：系统伺服高速串行通信FSSB接口（光缆），与伺服放大器的COP10B连接。Battery：系统备用电池（3V标准锂电池）。Fanmotor：散热风扇电机（两个）。2.3FANUCPMC技术•PMC与PLC非常相似，因为专用于机床，所以称为可编程序机床控制器。与传统的继电器控制电路相比较，PMC的优点有：时间响应快，控制精度高，可靠性好，控制程序可随应用场合的不同而改变，与计算机的接口及维修方便。另外，由于PMC使用软件来实现控制，可以进行在线修改，所以有很大的灵活性，具备广泛的工业通用性。2020/3/2811一、PMC简介•数控机床作为自动化控制设备，是在自动控制下进行工作的，数控机床所受控制可分为两类：•一类是最终实现对各坐标轴运动进行的“数字控制”。如：对CNC车床X轴和Z轴，CNC铣床X轴，Y轴，Z轴的移动距离，各轴运行的插补，补偿等的控制即为“数字控制”。•另一类为“顺序控制”。对数控机床来说，“顺序控制”是在数控机床运行过程中，以CNC内部和机床各行程开关、传感器、按钮、继电器等的开关量信号状态为条件，并按照预先规定的逻辑顺序对诸如主轴的起停、换向、刀具的更换、工件的夹紧、松开、液压、冷却、润滑系统的运行等进行的控制。与“数字控制”比较，“顺序控制”的信息主要是开关量信号。2020/3/2812•常把数控机床分为“NC侧”和“MT侧”（即机床侧）两大部分。“NC侧”包括CNC系统的硬件和软件，与CNC系统连接的外围设备如显示器、MDI面板等。“MT侧”则包括机床机械部分及其液压、气压、冷却、润滑、排屑等辅助装置、机床操作面板、继电器线路、机床强电线路等。PMC处于NC与MT之间，对NC和MT的输入、输出信号进行处理。MT侧顺序控制的最终对象随数控机床的类型、结构、辅助装置等的不同而有很大的差别。机床结构越复杂，辅助装置越多，最终受控对象也越多。图2-4为FANUC数控系统各信号信息交换示意图。2020/3/28132020/3/2814•由图2-4可以看出，X信号来自机床侧的输入信号（如接近开关、极限开关、压力开关、操作按钮、对刀仪等检测元件），PMC接收从机床侧各检测装置反馈回来的输入信号，在控制程序中进行逻辑运算，作为机床动作的条件及对外围设备进行自诊断的依据。•Y信号是由PMC输出到机床侧的信号。在PMC控制程序中，根据自动控制的要求，输出信号控制机床侧的电磁阀、接触器、信号指示灯动作，满足机床运行的需要。2020/3/2815•F信号是由控制伺服电动机和主轴电动机的系统部分侧输入到PMC的信号，系统部分就是将伺服电动机和主轴电动机的状态，以及请求相关机床动作的信号（如移动中信号、位置检测信号、系统准备完了信号等），反馈到PMC中去进行逻辑运算，作为机床动作的条件及进行自诊断的依据。•G信号是由PMC侧输出到控制伺服电动机和主轴电动机的系统部分的信号，对系统部分进行控制和信息反馈（如轴互锁信号、M代码执行完毕信号等）。•简单地说，FANUC系统可以分为两部分：控制伺服电动机、主轴电动机动作的系统部分和控制辅助电气部分的PMC。二、PMC程序执行顺序•PMC的程序称为顺序控制程序，用于机床或其他系统顺序控制，CPU执行算术处理。顺序程序的编制步骤如下：•(1)根据机床的功能确定I/0点的分配情况；•(2)根据机床的动作和系统的要求编制梯形图；•(3)利用系统调试梯形图；•(4)将梯形图程序固化在ROM芯片内。•PMC程序的工作原理可以简述为由上至下，由左至右，循环往复，顺序执行。因为它是对程序指令的顺序执行，应注意到在微观上与传统继电器控制电路的区别，后者可认为是并行控制的。2020/3/28162020/3/2817以图2-5、图2-6两个电路为例，在A触点接通以后，B、C线圈会有什么动作？如果是继电器电路，可以认为是并行控制，动作与电路的分布位置无关，两种情况相同，均为B、C先同时接通，而后B断开。如果是PMC程序，在图2-5中，与继电器的情况相同，B、C先接通，而后由于C的接通断开B；在图2-6中，却只有C接通，因为C的接通使B线圈不能接通。在实际运用中，图2-5中的B线圈可以用作输入信号A的上升沿脉冲信号。B的接通时间只有一个循环周期。ACBACCBAAC图2-6电路2图2-5电路12020/3/2818•PMC顺序程序按优先级别分为两部分：第一级和第二级顺序程序。划分优先级别是为了处理一些宽度窄的脉冲信号，这些信号包括紧急停止信号以及进给保持信号。第一级顺序程序每8ms执行一次，这8ms中的其他时间用来执行第二级顺序程序。如果第二级顺序程序很长的话，就必须对它进行划分，划分得到的每一部分与第一级顺序程序共同构成8ms的时间段。梯形图的循环周期是指将PMC程序完整执行一次所需要的时间。循环周期等于8ms乘以第二级程序划分所得的数目，如果第一级程序很长的话，相应的循环周期也要扩展。PMC程序执行顺序如图2-7所示。•在PMC顺序程序中，为了提高安全性，应该注意使用互锁处理。对于顺序程序的互锁处理是必不可少的，然而在机床电气柜中的电气电路终端的互锁也不能忽略。因为，即使在顺序程序上使用了逻辑互锁(软件)，但执行顺序程序的硬件出现问题时，互锁将失去作用。所以，在电气柜中也应提供互锁以确保机床的安全。2020/3/2819三、PMC编址•PMC顺序程序的地址表明了信号的位置。这些地址包括对机床的输入输出信号和对CNC的输入/输出信号、内部继电器、计数器、保持型继电器、数据表等。每一地址由地址号(每8个信号)和位号(0到7)组成，其格式如下所示。可在符号表中输入数据表明信号名称与地址之间的关系。地址有以下种类，不同类别地址符号也不相同。•X112.4•位号（0～7）•地址号•地址类型2020/3/2820•X：由机床至PMC的输入信号(MT→PMC)•Y：由PMC至机床的输出信号(PMC→MT)•F：由NC至PMC的输入信号(CNC→PMC)•G：由PMC至NC的输出信号(PMC→CNC)•R：内部继电器•D：非易失性存储器2020/3/2821•PMC的地址中有R与D，它们都是系统内部存储器，但是它们之间有所区别。R地址中的数据在断电后会丢失，在上电时内容为0。而D地址中的数据断电后可以保存，因而常用来做PMC的参数或数据表。通常情况下，R地址区域R300－R699共400字节。应注意，D区域与R区域的地址范围总和也是400字节。此时在R地址内为D地址划分出一定范围。比如，给D地址定义出200个字节，那么它们的地址范围为D300－D499，而此时R地址的区域为R500－R699。我们必须在编辑顺序程序时在参数设定中为D地址的数目做出设定。2020/3/2822•在PMC顺序程序的编制过程中，应注意到输入触点X不能用作线圈输出，系统状态输出F也不能作为线圈输出。对于输出线圈而言，输出地址不能重复，否则该地址的状态不能确定。到这里，还要提到PMC的定时器指令和计数器指令，每条指令都要用到5个字节的存储器地址，通常使用D地址，这些地址也只能使用一次而不能重复。另外，定时器号不能重复，计数器号也不能重复。2020/3/2823四、PMC基本指令•基本指令只是对二进制位进行与、或、非的逻辑操作，基本指令如表